Адсорбция. 
Основы трибологии

Поглощение поверхностью какого-либо вещества других веществ называется сорбцией.

Адсорбцией называют изменение концентрации вещества на границе раздела фаз. Различают два вида адсорбции: физическую адсорбцию и активизированную или хемосорбцию.

При физической адсорбции молекулы адсорбированного вещества связаны с атомами поверхности твердого тела слабыми ван-дер-ваальсовыми силами (дисперсионными, индукционными и ориентационными). Физическая адсорбция протекает самопроизвольно и характеризуется сравнительно слабыми взаимодействиями, удерживающих молекулы на поверхности твердого тела (энергия связи составляет 0,1 Эв).

Хемосорбция обусловлена проявлением химических (валентных) взаимодействий между адсорбированными молекулами и атомами поверхности твердых тел. Хемосорбция необратима и сопровождается значительными тепловыми эффектами, доходящими до 400 кдж/моль и более.

Физическая адсорбция — обратимый процесс. Адсорбированные молекулы могут отрываться от поверхности и переходить в окружающую среду. На их место поступают новые молекулы, в результате чего в системе устанавливается равновесие, при котором в единицу времени на поверхности адсорбируется столько же молекул, сколько покидает ее. Процесс, обратный адсорбции, называется десорбцией. Тело, на котором адсорбируются молекулы другого вещества, называется адсорбентом. Вещество, адсорбированное на теле, называется адсорбатом.

Адсорбция протекает на границе раздела фаз: твердое тело — газ, твердое тело — жидкость. В реальных условиях молекулы адсорбата почти всегда покрывают поверхность тела, причем толщина слоя адсорбата зависит от величины и характера сил взаимодействия между поверхностью и окружающими ее молекулами.

Процесс адсорбции сопровождается уменьшением поверхностной энергии и выделением некоторой ее части в окружающую среду. Выделившуюся в период протекания данного процесса энергию называют энергией адсорбции.

Адсорбция — представляет собой изотермический процесс. Интенсивность процесса адсорбции определяется объемом или массой адсорбированного вещества. Объем адсорбированного вещества по Фрейдлиху оценивается выражением:

(2).

где k, n — константы (k-изменяется в зависимости от вида адсорбента и адсорбата; n=0,1…0,9 — постоянная, зависящая от температуры); p — парциальное давление газа.

Вещества, склонные к адсорбции на поверхности и уменьшающие поверхностную энергию, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ). Связь между изменением поверхностного натяжения и адсорбцией ПАВ на поверхности описывается уравнением Гиббса:

(3).

где — изменение концентрации ПАВ в поверхностном слое; c — концентрация ПАВ в глубине раствора; — поверхностное натяжение; Т — температура; R — универсальная газовая постоянная.

При контакте раствора с твердыми телами молекулы ПАВ даже при очень низкой концентрации образуют на поверхности твердого тела адсорбированные слои.

Слои адсорбированных и хемосорбированных веществ существенно влияют на трение и износ. Адсорбированные молекулы, как правило, способствуют пластифицированию поверхностного слоя. Адсорбция приводит к снижению поверхностной энергии, что приводит к возникновению хрупкости и потере прочности поверхностного слоя материала. Данные эффекты являются основными причинами резкого перепада механических характеристик материала по глубине, обуславливающими явление внешнего трения.